Модельные оценки вклада экосистемы в обмен углекислым газом между океаном и атмосферой в Баренцевом море

Трехмерная математическая экосистемная модель объединена с циркуляционной и ледовой моделями Баренцева моря. Экосистемная модель описывает взаимодействие фитопланктона, зоопланктона, растворенного неорганического азота, суммарного неорганического углерода, щелочности, органических и неорганических частей детрита. В работе приводятся результаты расчетов концентрации хлорофилла-а в период максимального весеннего цветения фитопланктона в Баренцевом море, а также результаты расчетов потока CO2 между атмосферой и морем при различных условиях. Показано соответствие между зонами интенсивного роста фитопланктона в период цветения и положением Полярного фронта. Выполнена оценка интенсивности обмена СО2 между океаном и атмосферой при наличии и отсутствии биологического стока СО2. Для случая без учета океанического биологического стока углекислого газа получено, что максимальные значения потока CO2 из атмосферы в океан наблюдаются непосредственно в районах кромки льда. Для случая учета влияния морской экосистемы на обмен СО₂ между океаном и атмосферой показано соответствие зон максимальных значений потока углекислого газа из атмосферы в океан и зон повышенных значений первичной продукции. Основываясь на полученных результатах, сделан вывод, что пространственная изменчивость потока углекислого газа между океаном и атмосферой обусловлена пространственной изменчивостью первичной продукции гораздо в большей степени, чем изменчивостью поверхностной температуры воды.

1. Карлин Л. Н., Малинин В. Н., Гордеева С. М. О влиянии температуры поверхности океана на обмен углекислым газом с атмосферой // Океанология. 2015. Т. 5, № 1. С. 16—25.

2. Yakushev E. V., Mikhailovsky G. E. Mathematical modelling of the influence of marine biota on the carbon dioxide oceanatmosphere exchange in high latitudes // Air-Water Gas Transfer, selected papers from the Third International Symposium on Air-Water Gas Transfer, July 24—27, Heidelberg University / Ed. by B. Jaehne and E. C. Monahan, AEON Verlag & Studio, Hanau 1995, p. 37—48.

3. Popova E. E., Ryabchenko V. A., Fasham M. J. R. Biological pump and vertical mixing in the Southern ocean: Their impact on atmospheric CO2 // Global Biogeochemical Cycles. 2000. 14 (1). P. 477—498.

4. Popova E. E., Yool A., Aksenov Y., Coward A. C., Anderson T. R. Regional variability of acidification in the Arctic: a sea of contrasts // Biogeosciences. 2014. 11. P. 293—308.

5. Blumberg A. F., Mellor G. L. A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model // Three-dimensional Coastal Ocean Models. American Geophysical Union / Ed. N. Heaps. 1987. 208 p.

6. Mellor G. L. Users guide for a three-dimensional, primitive equation numerical ocean model // Program in Atmospheric and Oceanic Sciences, Princeton University, Princeton, NJ. 2004. 56 p.

7. Haapala J., Lonnroth N., Stossel A. A numerical study of open water formation in sea ice // Journal of Geophysical Research. 2005. 110. C09011. doi:10.1029/2003JC002200.

8. Рябченко В. А., Горчаков В. А., Дворников А. Ю., Пугалова С. С. Оценки влияния ледового покрова на первичную продукцию фитопланктона в Баренцевом море (по результатам трехмерного моделирования) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 1. С. 41—51.

9. Sein D. V., Mikolajewicz U., Groger M., Fast I., Cabos W., Pinto J. G., Hagemann S., Semmler T., Izquierdo A., Jacob D. Regionally coupled atmosphere-ocean-sea ice-marine biogeochemistry model ROM: 1. Description and validation // J. Adv. Model. Earth Syst. 2015. 7. P. 268—304.

10. Parkinson C. L., Washington W. M. A large-scale numerical model of sea ice // Journal of Geophysical Research. 1979. 84 (C1). P. 311—337.

11. Heinze C., Maier-Reimer E., Winn K. Glacial pCO2 reduction by the world ocean: experiments with the Hamburg carbon cycle mode // Paleoceanography. 1991. 6 (4). P. 395—430.

12. Eppley R. W. Temperature and phytoplankton growth in the sea // Fishery Bulletin. 1972. V. 70, N. 4. P. 1063—1085.

13. Laufkotter C., Vogt M., Gruber N., Aita-Noguchi M., Aumont O., Bopp L., Buitenhuis E., Doney S. C., Dunne J., Hashioka T., Hauck J., Hirata T., John J., Le Quere C., Lima I. D., Nakano H., Seferian R., Totterdell I., Vichi M., Volker C. Drivers and uncertainties of future global marine primary production in marine ecosystem models // Biogeosciences. 2015. 12. P. 6955—6984. doi:10.5194/bg-12-6955-2015.

14. Ocean Color Web. [Электронный ресурс] URL: http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/l3 (Дата обращения: 02.09.2015).

15. NOAA/NSIDC Climate Data Record of Passive Microwave Sea Ice Concentration, Version 2. [Электронный ресурс]. URL: http://nsidc.org/data/G02202 (Дата обращения: 02.09.2015).

16. Ocean productivity. [Электронный ресурс]. URL: http://orca.science.oregonstate.edu/1080.by.2160.8day.hdf.chl.seawifs.php (Дата обращения: 30.11.2016).

17. Engelsen O., Hegseth E. N., Hop H., Hansen E., Falk-Petersen S. Spatial variability of chlorophyll-a in the Marginal Ice Zone of the Barents Sea, with relation to sea ice and oceanographic conditions // Journal of Marine Systems. 2002. 35. P. 79—97.

18. Kushnir V., Pavlov V., Morozov A., Pavlova O. «Flashes» of Chlorophyll-a Concentration Derived from in situ and Remote Sensing Data at the Polar Front in the Barents Sea // The Open Oceanography Journal. 2011. 5. P. 14—21.

19. Qu B., Gabric A. J., Matrai P. A. The satellite-derived distribution of chlorophyll-a and its relation to ice cover, radiation and sea surface temperature in the Barents Sea // Polar Biology. 2006. 29. P. 196—210.

20. Omar A. M., Johannessen T., Olsen A., Kaltin S., Rey F. Seasonal and interannual variability of the air-sea CO2 flux in the Atlantic sector of the Barents Sea // Marine Chemistry. 2007. 104. P. 203—213.

21. Lauvset S. K., Chierici M., Counillon F., Omar A., Nondal G., Johannessen T., Olsen A. Annual and seasonal fCO2 and air-sea CO2 fluxes in the Barents Sea // Journal of Marine Systems. 2013. 113—114. P. 62—74.

22. [Электронный ресурс] URL: http://mitgcm.org (Дата обращения: 05.12.2016).